KR20100074682A - 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기체나 액체상태의 유체가 흐르는 운동으로 고출력으로 증대된 회전동력을 얻을 수 있으며 기계적으로 강하고 균형이 안정된 구성특성으로 만들어지는 원반통공 터빈휠을 개량한 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 종래의 비교가능한 발전 시스템에 비하여 더 작고, 더 가벼우며, 더욱 효율이 높은 마이크로터빈 발전 시스템을 제공할 수 있으며, 본 발명을 통하여 낮은 초기비용, 낮은 설치비용, 높은 효율, 높은 신뢰성 및 간단하고 낮은 유지보수 비용으로 인해, 작동 비용 및 고정 비용을 낮출 수 있는 것이다.

이를 위하여, 본 발명은 기존의 날개 없는 터빈으로 제시되었던 원반통공 터빈휠을 대체하여 유체가 유입되는 공간을 플랙시블한 파이프라인으로 형성하는 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈을 제공한다.

터빈, 고정 노즐팬, 가이드, 터빈 임펠러, 파이프라인, 제1원통판체, 고정핀, 뒤틀림부, 프레임, 충진재.

Description

파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈{The Advanced Multistage Turbine of Axial Type's which has a Pipeline}

본 발명은 터빈 발전기에 관한 것으로 더욱 상세하게 유체가 흐르는 운동에너지를 역학적인 회전동력으로 변환시켜서 사용 유체의 에너지 이용효율을 높이는 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈에 관한 것이다.

종래의 날개형 터빈은 수많은 날개제작 문제와 날개손상 및 블레이드 깃의 각도 조절 불량 등으로 진동 및 소음 등의 불균형이 발생하여 수시점검이나 오버홀 등을 통하여 휠 밸런싱과 블레이드 각도 조절 등의 작업이 수반되었고, 이는 결국 유체손실에 따른 에너지의 효율이 떨어지는 문제가 있다.

따라서, 위와 같은 문제를 개선하기 위하여, 본 출원인은 대한민국 특허등록제550366호(발명의 명칭: 축류형 다단터빈) 및 대한민국 특허등록제531264호(발명의 명칭: 유체운동을 회전동력으로 전환하는 축류형 다단터빈) 등을 등록받은 바 있다.

이는 다단 원형 판체로 구성된 터빈 임펠러를 통하여 유선형의 정밀한 날개로 제작했던 기존터빈의 구조특성과 기능을 대신하는 것으로, 원반통공휠의 회전자 와 노즐로 구성된 축류형 다단터빈을 구성하고, 회전자축을 중심으로 하는 원형판체의 외곽에 다수개의 통공을 인접하도록 동심원으로 뚫어서 전면의 유체입구에서 후면의 유체출구를 향해 일방향의 대각선 각도로 형성된 원반통공휠로 결합된 터빈 임펠러와, 상기 터빈 임펠러의 통공휠에 유체를 사출하는 다수개의 노즐이 통공휠과 동심원으로 배치되어 다양한 종류의 유체운동을 회전동력으로 이용케 하는 축류형 터빈을 제시하고 있다.

상기에 기술된 바와 같은 본 출원인의 등록특허기술은, 효율성이 뛰어난 장점이 있으나, 직류형 마이크로 터빈 발전기나 축류형 다단 터빈에 사용되는 그와 같은 원반통공휠은 배가된 효율성에도 정밀한 제조공정을 요구하여 생산성이 용이하지 않고, 인접된 원반통공휠에서의 각도와 통공의 내경 변화에 따른 마찰이 고려되어 효율성을 더욱 높이는 기술이 요구되고 있는 실정이다.

본 출원인이 등록받은 바 있는 특허기술에 의한 축류형 다단 터빈의 동작원리를 기술하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2는 종래 다단터빈 임펠러의 전개상태 및 조립상태를 도시한 사시도이고, 도 3은 이와 같은 임펠러가 적용된 종래 터빈의 일 실시 예시도로서, 도시된 바와 같이 최소의 직진성 유체운동에 의하여 증대된 회전동력을 얻을 수 있도록 원통형상의 실린더 하우징(100)을 설치하고 그 내공간부에는 이러한 공간부의 내경안에서 간섭 없이 고속으로 회전할 수 있는 직경의 원형판체(203)를 적어도 하 나 이상이 조립되어 이루어지는 다단형태로 유지하면서 상호 일체로 밀착되게 본딩처리하거나 혹은 별도의 체결수단으로 일체화된 채 회전축(400)에 연결 고정되게 설치한다.

상기 원형판체(203)의 외주면으로는 이와 인접한 표면상을 선택하여 동심원으로 외곽에 유체를 사출하는 노즐 홀을 균일한 간격으로 복수개의 유체 진행로(204)를 천공을 하여 각 유체 진행로(204)가 원형의 형태를 유지할 수 있도록 통공홀을 가공 한다.

이와 같은 상기 터빈 임펠러(200)를 사이에 두고 실린더 하우징(100) 내에는 한 쌍의 베어링 케이스(300)가 장착되어 터빈 임펠러의 회전자축(400)을 규격품의 베어링(303)으로 충분히 지지가 될 수 있도록 설치한다.

이때 각 베어링 케이스(300)는 터빈 임펠러(200)의 유체입구(201) 및 유체출구(202)와 일대일로 대응하는 위치에서 유체 분사구(301)와 배출구(302)를 형성하고 있어 유체분사노즐로부터 사출되는 유체가 베어링 케이스(300)의 유체 분사구(301)를 통해 분사된 후 터빈 임펠러(200)의 유체 진행로(204)를 거쳐 유체 배출구(302)로 대기중에 방출되는 구성을 갖는다.

앞서 기술된 종래 터빈 임펠러는 각각의 원형판체를 마련하여 그 유체 진행로를 일일이 맞추어야 하는 조립공정이 용이하지 않아, 제조기술상의 곤란한 문제가 되고 있으며, 이처럼 정밀한 제조공정을 요구하는 적층구조의 원형판체의 구조는 생산성이 용이하지 않고, 인접된 원형판체의 절곡된 부위는 각도를 변화시키기 위하여 전후의 원형판체의 내경과 변화하게 되고, 이는 유입되는 유체에 저항을 증가시킬 수 있는 요인이 될 수 있고, 원반통공휠에서의 라인딩이나 유선화되지 못한 각도 변화와 통공의 내경 변화에 따른 불일치는 마찰저항을 유발할 수 있는 요인이 될 수 있다.

또한, 원형판체에 통공을 형성하는 구조는 전체적인 통공의 위치나 각도 변화가 자유롭지 못하여, 유선이나 나선 등의 형태를 비롯한 유체의 이상적인 이동라인을 구현하기 위해 그에 따른 제조 및 공정상의 정밀도나 에너지 효율성 저하, 정확한 치수와 위치를 계산하여 각 원판에 유체입출구를 형성하여야 하는 등, 제조공정에 정밀도를 요하므로 그 공정이 복잡하고 전문인력에 따른 인건비 증가 및 제조단가의 상승 등이 유발될 수 있어, 해결되어야할 과제로 대두되는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 원형판체로 마련된 다단 터빈 임펠러를 일체화된 원통형 터빈 임펠러로 제조하고, 내부의 원반통공을 튜브나 파이프 등의 관(管)으로 마련하여 경로상 곡선과 위치상 변위를 자유로이 달리할 수 있는 파이프라인으로 형성함으로써, 제조공정이 용이하고 인건비와 단가를 절감하면서 종래 사용되던 원판형 다단 터빈 임펠러보다 뛰어난 효율성을 제공할 수 있는 파이프라인이 배설된 진보된 형태의 터빈 임펠러가 장착된 축류형 터빈을 제시하는 데에 목적이 있는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은, 자동차나 선박용 고성능 터보차저나 공장 등의 고효율 스팀터빈, 수력터빈, 항공기 제트엔진 등에 응용가능한 것으로, 본 발명에 의하면 종래의 비교가능한 발전 시스템에 비하여 더 작고, 더 가벼우며, 더욱 연료효율이 높은 마이크로터빈 발전 시스템을 제공할 수 있다.

더욱이, 본 발명의 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈에 의하면 낮은 초기비용, 낮은 설치비용, 높은 효율, 높은 신뢰성 및 간단하고 낮은 유지보수 비용으로 인해, 작동 비용 및 고정 비용을 낮출 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

즉, 본 발명은 기존 축류형 다단 터빈하에서 지적되었던 터빈 제조시의 원가상승과 고가의 장비와 인력이 소요되는 문제와 원반통공홀의 전체적인 경사각을 자유로이 형성하는 데 한계가 있으며, 적층된 원형의 각 판체 사이가 유선을 이루지 못하고, 각을 형성하므로 인한 유체저항의 발생 등을 해소하고, 효율성을 극대화하면서 제조가 용이하고, 다수의 블레이드 깃을 구비한 날개형 터빈에 비해 내부의 공간을 자유롭게 형성할 수 있어 공간효율성이 뛰어나도록 파이프라인을 구비한 축 류형 다단 터빈을 제공할 수 있는 것이다.

또한, 터빈의 용량이나 규모, 사용조건에 따라 임펠러에 유입되는 유체의 압력을 계산하여 최적의 상태를 유지하기 위해서는 필요에 따라 터빈 임펠러의 깃(블레이드)의 경사각을 조절하여야 하며, 기존 원반통공휠에서는 이를 고려하여 정밀가공하는 작업이나 또는 내부에 돌기를 형성하는 등의 작업이 곤란하고, 기 작업된 제품에 대한 변형이 제한적이었으나, 본 발명은 기존 터빈의 모든 문제를 해결할 수 있는 파이프라인구조를 개발함으로서, 유체의 유입부나 이동부에 각도조절이 자유롭고 불필요한 손실저항을 최소화할 수 있는 것이다.

즉, 상기와 같은 효과를 이룩할 수 있는 것은 본 발명에서 최초로 개발된 파이프라인구조에 의해서 가능한 것이며, 나아가 이는 용도 및 재질, 형태 등에 따라 무한한 응용력을 부여할 수 있는 원천적인 기술이라 할 수 있는 것이다.

상기와 같은 목적과 효과를 달성하기 위해 안출된 본 발명의 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 기술하기로 한다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 파이프라인을 구비한 축류형 터빈과 그 터빈을 복수 배열한 다단 구조를 보인 분리 사시도 및 그 예시도로서, 터빈(10)의 구성은 크게 상부 캡(20)과, 상기 상부 캡(20)과 리벳이나 고정볼트(21)에 의해 체결되는 하우징(50)을 포함하며, 상기 하우징(50)의 내측으로 터빈 임펠러(40)가 삽입되고, 그 상단에 고정 노즐팬(30)이 인접되어 하우징(51)의 걸림턱(51)에 안착되는 구조를 가진다.

즉, 고정 노즐팬(30)은 하우징(50)의 걸림턱(51)에 안착되어 하우징과 고정되며, 터빈 임펠러(40)는 중심에 회전축(61)이 고정되어 있고, 상기 회전축(61)의 선단과 종단으로 베어링(61, 61')이 삽입되며, 선단 베어링(61)은 상기 고정 노즐팬(30)에 형성된 삽입공(33)에 끼움 결합되고, 종단 베이링(61')은 하부캡(70)의 삽입공(71)에 각각 끼움 결합되어, 터빈 임펠러(40)가 회전축(61)을 중심으로 회전할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상부 캡(20)의 상부 평면 일측에는 유체가 공급되는 분사공(24)이 형성되며, 이를 통하여 유입되는 유체는 고정 노즐팬(30)에 최외곽 둘레에 거의 인접하여 연속적으로 마련된 유입홀(32)을 따라 유체를 공급하며, 이때 유체가 주변으로 분산되는 것을 방지하기 위해 유입홀(32)이 형성된 주변으로 내측과 외 측에 가이드(31, 31')가 형성되어 있다.

유입된 유체는 유입홀(32)을 통하여 다시 수직상 동일한 위치에 수평상 위치만을 달리하는 고정 노즐팬(30)에 인접하는 터빈 임펠러(40)의 상부에 마련된 파이프라인(41)으로 유체를 이동시키며, 이때 유입홀(32)이 경사지게 마련되어 유체의 유입방향이 경사지게 파이프라인(41)으로 유입되면서 파이프라인(41)의 내측벽에 운동에너지가 전달됨으로써, 터빈 임펠러(40)가 회전축(61)을 중심으로 회전하게 되는 것이다.

본 발명에 의한 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈(10)에 마련된 유입홀(32)의 내측은 바람직하게는 유입되는 유체의 안정화 및 회전력을 높이기 위 해 나선을 형성하는 강선이 마련되는 것이 고려될 수 있을 것이다.

도 6 내지 도 8은 본 발명에 의한 터빈 임펠러의 다양한 실시 예를 보인 분리사시도 및 조립사시도로서, 도 7에 의한 터빈 임펠러(30)는 도 13 및 도 14에서와 같이 완성된 단면 구조를 보이며, 도 6에 의한 터빈 임펠러(30) 또한, 도 13 또는 도 14에서와 같은 단면구조를 가지도록 응용 가능한 것으로 이를 상세하기로 한다.

터빈 임펠러(30)는 본 발명에 의한 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈(10)의 핵심적인 구성으로, 유체에 의한 터빈의 회전력과 효율성을 높이기 위한 구조를 제공하는 것을 특징으로 하는 것으로서, 회전축(61)에 마련된 몸체에 해당하는 유닛바디(62)와 유체가 이동하는 공간상의 통로를 제공하고 터빈 임펠러(30)에 회전력을 부여하게 되는 파이프라인(41)과, 상기 파이프라인(41)을 감싸주는 커버(43)로 구성되어 있다.

또한, 파이프라인(41)은 하나 이상의 원통을 수직 배치한 제1원통판체(42)의 내주면에 연속되어 인접 배열되어 있으며, 상부의 유입구(47)는 제1원통판체(42)와 고정핀(44)으로 고정되어진다.

도 6 및 도 7의 도면에서는 이해를 돕기 위해 파이프라인(41)의 배열이 서로 간격을 두고 원주를 따라 배치되어 있는 것으로 도시되었으나, 제작상에는 서로 인접하여 연속적으로 배열되는 것이 바람직하며, 이는 도 6에 부분확대 도시된 도면에서와 같고, 경우에 따라 파이프라인(41)은 원통 형태뿐만 아니라 대변이 호를 그리는 사다리꼴의 형태로 마련되어 연속된 파이프라인(41)의 연결부위에 틈새를 제 거할 수 있는 것이다.

즉, 터빈 임펠러(40)에 연속된 파이프라인(41)의 평단면이 인접된 파이프라인(41) 간의 연결부위 틈새를 줄이기 위해 원형이 아닌 다각형이나 동일 길이의 호를 가지는 사다리꼴 형태로 이루어지는 것이 고려될 수 있다.

이처럼 파이프라인(41)이 제1원통판체(42)와 결합되면, 이를 회전축(61)을 구비한 유닛바디(62)와 커버(43) 등과 결합하여 터빈 임펠러(40)를 완성하게 되는데, 이와 같은 결합방식은 도 13 및 도 14에서와 같이 각 파트(유닛바디와 파이프라인, 파이프라인과 커버)의 사이에 고형화 성질의 액상 충진재를 충입하거나, 각 파트를 프레임으로 고정하는 방식이 적용된다.

충진재는 터빈의 크기와 발전량 또는 중량 등을 고려하여 시멘트, 모르타르, 수지류 등 다양한 소재가 이용될 수 있고, 프레임 고정은 금속 바(bar)나 앵글 등을 이용하여 용접이나 리벳팅 등으로 각 파트 간을 고정할 수 있을 것이다.

도 7은 앞 서 기술한 도 6의 구조와 유사하나, 파이프라인(41)을 제1원통판체(42)와 고정하기 위해 별도의 고정핀(44)을 사용하는 대신, 제2원통판체(42')를 원형으로 배열된 전체 파이프라인(41)의 안쪽으로 마련하여 제1원통판체(42)와 제2원통판체(42') 사이에 파이프라인(41)이 밀착되게 함으로써, 고정이 이루어질 수 있도록 하는 구조를 가지는 것이다.

도 8 및 도 15는 도 6 및 도 7에서와 같은 구조를 더욱 간소화한 것으로, 도 8은 회전축(61)에 마련된 유닛바디(62)의 외경을 확장 설계하고 그 최외각 평면에서 저면까지 둘레를 따라 관통하는 통공(65)을 형성한 후, 상기 통공(65)에 파이프 라인(41)을 배설하는 것으로, 배설 후 유닛바디(62)의 측면을 필요에 따라 상하 서로 다른 방향으로 뒤틀어줌으로써, 뒤틀림부(49)를 형성하게 되고, 이로써 내부에 배설된 파이프라인(41)에 경사각이 발생하게 된다.

도 15는 톱니 줄기가 비스듬히 경사져 있는 헬리컬 기어 형태로 유닛바디(62)를 마련하고, 그 외주연으로 감싸지게 커버(43)를 밀착시켜 내부에 파이프라인과 같은 공간부(41')을 마련하는 것으로, 헬리컬 기어의 톱니줄이 나선 곡선을 이루면서 연장되어 있어, 자연스럽게 공간부(41')에 경사각이 발생하게 된다.

상기 경사각이 발생하도록 하는 이유는 추후 후술하기로 하며, 상기 유닛바디에 커버(43)를 씌움으로써 본 발명에 의한 터빈 임펠러(40)가 완성된다.

또한, 필요에 따라 헬리컬 기어 뿐만 아니라 베벨기어를 응용하여 실질적으로 동일한 기술적 구성을 구현하는 것도 고려될 수 있을 것이다.

도 9 및 도 10은 본 발명에 의한 파이프라인의 일 실시 구조를 도시한 예시도들로서, 파이프라인(41)은 도 9에서와 같이 회전축(61)과 동일한 방향으로 연장되며, 끝단이 회전축(61)의 회전방향과 반대방향으로 꺾여지는 경사각을 가지는 구조로 이루어지는 것으로, 이는 고정 노즐팬(30)에 형성된 유입홀(32)로 유체가 유입될 때, 상기 유입홀(32)이 회전축(61)으로 회전방향으로 최대한 경사지도록 마련하여, 유입되는 유체의 유입방향을 수직방향에서 수평방향으로 변화를 주는 구조를 가짐에 따라, 유체는 파이프라인(41) 유입구(47)의 측벽에 부딪히게 되고, 이로써 유체의 운동에너지가 측벽에 작용하여 터빈 임펠러(40)를 회전시키게 되는 구조를 가진다.

또한, 파이프라인(40)으로 유입된 유체는 회전력을 제공하는 일정 깊이의 회전구간을 통과하면서 운동에너지가 감소하고 정체되는 압축구간이 발생할 수 있으며, 이를 신속하게 유출구(48)로 배출하기 위해 회전방향의 역방향으로 파이프라인(41) 끝단이 휘어지는 구조를 가지는 것이다.

도 10은 도 9의 구조를 응용한 것으로, 파이프 라인을 상부, 중부, 하부로 나누어 상부는 도 9에서와 같이 회전축(61)과 동일한 방향으로 연장되고, 중부는 회전축(61)의 회전방향과 동일한 방향으로 연장되며, 하부는 회전축(61)의 회전방향과 역방향으로 꺾여지는 구조로 이루어지는 것으로, 이는 유입된 유체의 운동에너지가 회전축(61)의 회전방향과 동일한 방향으로 작용하는 구간에서 회전방향으로 마찰력을 증가시켜 회전력을 높일 수 있도록 하기 위한 것으로, 하부는 유체를 신속하게 유출구(48)로 배출하기 위해 다시 회전방향과 역방향으로 파이프라인(41)이 휘어지는 구조를 가지는 것이다.

도 11 및 도 12는 도 10에 의한 파이프라인의 일 실시 내부 구조를 도시한 예시도들로서, 도 11은 회전축(61)의 회전방향과 동일한 방향으로 운동에너지가 작용하는 구간에서 파이프라인(43) 내의 유체를 회전시켜 회전축(61)의 회전력을 증가시키기 위해 파이프라인의 내부에 보텍스 튜브(vortex tube)와 같은 나선형태의 주름을 형성하여, 유체가 와류에 의해 저항이 발생하는 것을 방지하고 안정화된 상태에서 고속으로 이동할 수 있도록 하는 것이다.

즉, 자이로 효과 또는 보텍스 효과, 각운동량 보전법칙 등을 응용하여, 어떤 물체가 잘 날아가지 않는 것은 공기저항 때문에 물체의 자세가 바뀌면서 불규칙하 게 힘이 작용하기 때문인데, 이처럼 궤도가 불안정한 것을 방지하기 위해 운동하는 물체의 이동궤적을 안정화시키기 위해서는 물체를 구형으로 만들거나, 앞을 무겁게 하고 뒤에 날개를 형성하는 방법이 있을 수 있으나, 본 발명에서는 이와 같은 원리를 응용하기 위해 유체가 이동하는 방향을 축으로 유체를 회전시킴으로 이를 구현할 수 있는 것이다.

또한, 도 12는 베르누이원리를 응용한 것으로, 유체의 속도를 증가시키기 위해 파이프라인(40) 내의 중부에 가속돌기(45)를 형성하고 유체가 이동하면서 회전축(61)의 회전방향으로 회전력을 높일 수 있도록 유체의 이동방향으로 가속돌기(45)에 경사주고, 그 상대방향으로도 경사를 주어, 경사면을 이동한 유체가 실속에 의한 와류를 일으키는 것으로 방지하기 위한 구조를 가지는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 기존 축류형 다단 터빈에서 지적되었던 터빈 제조시의 원가상승과 고가의 장비와 인력이 소요되는 문제와 원반통공홀의 전체적인 경사각을 자유로이 형성하는 데 한계가 있으며, 적층된 원형의 각 판체 사이가 유선을 이루지 못하고, 각을 형성하므로 인한 유체저항의 발생 등을 해소하고, 효율성을 극대화하면서 제조가 용이하고, 다수의 블레이드 깃을 구비한 날개형 터빈에 비해 내부의 공간을 자유롭게 형성할 수 있어 공간효율성이 뛰어나도록 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈을 제공할 수 있는 것이다.

도 1은 종래 다단터빈 임펠러의 전개상태를 도시한 분리사시도.

도 2는 종래 다단터빈 임펠러의 조립상태를 도시한 결합사시도.

도 3은 종래 다단터빈 임펠러가 적용된 터빈의 일 실시 예시도.

도 4는 본 발명에 의한 개선된 축류형 터빈을 도시한 분리사시도.

도 5는 본 발명에 의한 개선된 축류형 터빈의 다단 구조를 보인 예시도.

도 6은 본 발명에 의한 터빈 임펠러의 일 실시 구조를 도시한 분리사시도.

도 7은 본 발명에 의한 터빈 임펠러의 일 실시 구조를 도시한 분리사시도.

도 8은 본 발명에 의한 터빈 임펠러의 일 실시 구조를 도시한 조립사시도.

도 9는 본 발명에 의한 파이프라인의 일 실시 구조를 도시한 예시도.

도 10은 본 발명에 의한 파이프라인의 일 실시 구조를 도시한 예시도.

도 11은 도 10에 의한 파이프라인의 일 실시 내부 구조를 도시한 예시도.

도 12는 도 10에 의한 파이프라인의 일 실시 내부 구조를 도시한 예시도.

도 13은 도 4에 도시된 터빈 임펠러의 일 실시 내부 구조를 보인 평단면도.

도 14는 도 13에 도시한 터빈 임펠러의 다른 실시 구조를 도시한 평단면도.

도 15는 도 8에 의한 터빈 임펠러의 일 실시 구조를 응용한 조립사시도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

10. 터빈 20. 상부 캡 21. 고정볼트

22. 너트 23. 체결구 24. 분사공

30. 고정 노즐팬 31. 가이드 32. 유입홀

33. 삽입공 40. 터빈 임펠러 41. 파이프라인

42. 제1원통판체 42'.제2원통판체 43. 커버

44. 고정핀 45. 가속돌기 46. 주름벽

47. 유입구 48. 유출구 49. 뒤틀림부

50. 하우징 51. 걸림턱 60. 베어링

61. 회전축 62. 유닛바디 63. 프레임

64. 충진재 65. 통공 70. 하부 캡

71. 삽입공

Claims (14)

1. 유체가 흐르는 운동에너지를 역학적인 회전동력으로 변환시켜서 사용 유체의 에너지 이용효율을 높이는 개선된 축류형 터빈에 있어서;

   크게 상부 캡(20)과; 상기 상부 캡(20)과 체결되는 하우징(50)을 포함하며; 상기 하우징(50)의 내측으로 관(管)형태로 내측 최외곽으로 환상으로 배열된 파이프라인(41)이 마련된 터빈 임펠러(40)가 삽입되고; 그 상단에 고정 노즐팬(30)이 하우징(50)의 걸림턱(51)에 안착되어 하우징과 고정되며; 상기 터빈 임펠러(40)는 중심에 회전축(61)이 고정되어 터빈 임펠러(40)가 회전축(61)을 중심으로 회전할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈.
2. 청구항 1에 있어서;

   상부 캡(20)의 상부 평면 일측에는 유체가 공급되는 분사공(24)이 형성되며; 이를 통하여 유입되는 유체를 파이프라인(41)으로 이동시키기 위해 고정 노즐팬(30)의 최외곽 둘레를 따라 인접하게 연속적으로 마련된 유입홀(32)과; 유체가 주변으로 분산되는 것을 방지하기 위해 유입홀(32)이 형성된 주변으로 내측과 외측으로 가이드(31, 31')가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈.
3. 청구항 2에 있어서;

   유체의 유입방향이 경사지게 파이프라인(41)으로 유입되어 파이프라인(41)의 내측벽에 운동에너지를 전달하도록 유도하기 위하여 회전축(61)의 회전방향으로 경사지게 고정 노즐 팬(30)의 유입홀(32)이 형성된 것을 특징으로 하는 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈.
4. 청구항 2에 있어서;

   상기 유입홀(32)의 내측은 유입되는 유체의 안정화 및 회전력을 높이기 위해 나선을 형성하는 강선이 마련된 것을 특징으로 하는 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈.
5. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서;

   상기 파이프라인(41)은 회전력과 효율을 높이기 위하여 회전축(61)과 동일한 방향으로 연장되며, 끝단이 용이 배출을 위해 회전축(61)의 회전방향과 반대방향으로 꺾여지는 구조를 특징으로 하는 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈.
6. 청구항 1에 있어서;

   터빈 임펠러(40)에 연속된 파이프라인(41)의 평단면이 인접된 파이프라인(41) 간의 연결부위 틈새를 줄이기 위해 원형이 아닌 다각형이나 동일 길이의 호를 같는 사다리꼴 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈.
7. 상부 캡(20)과, 상부 캡(20)과 체결되는 하우징(50) 및 하우징(50) 내로 삽입된 회전축(61)을 구비한 터빈 임펠러(40), 터빈 임펠러(40) 상단의 고정 노즐팬(30)으로 이루어져 사용유체의 에너지 이용효율을 높이는 개선된 축류형 터빈에 있어서;

   회전축(61)에 마련된 몸체에 해당하는 유닛바디(62)와; 하나 이상의 원통을 수직 배치한 제1원통판체(42)의 내주면에 연속하게 인접 배열되어 유체가 이동하는 공간상의 통로를 제공하고 터빈 임펠러(30)에 회전력을 부여하게 되는 파이프라인(41)과; 상기 파이프라인(41)을 감싸주는 커버(43);로 구성되어 파이프라인(41) 상부가 제1원통판체(42)와 고정핀(44)으로 고정되며, 각 파트인 유닛바디(62)와 파이프라인(41), 파이프라인(41)과 커버(43) 사이에 고형화 성질의 액상 충진재로 충입되는 터빈 임펠러(40)를 구비한 것을 특징으로 하는 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈.
8. 청구항 7에 있어서;

   상기 제1원통판체(42)를 제거하고, 회전축(61)에 마련된 유닛바디(62)의 평면 외곽에서 동일 수직상의 저면을 관통하는 통공(65)을 형성한 후, 상기 통공(65)에 파이프라인(41)을 배설하며, 배설 후 유닛바디(62)의 측면을 상하 서로 다른 방향으로 비틀어 뒤틀림부(49)를 형성하여, 내부에 배설된 파이프라인(41)에 경사각이 형성하는 구조를 특징으로 하는 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈.
9. 청구항 7에 있어서;

   상기 터빈 임펠러(40)의 파이프라인(41)을 제1원통판체(42)에 고정하기 위하여 고정핀(44) 대신 연속되어 띠를 형성하는 파이프라인(41)군(群)의 내측으로 제2원통판체(42)가 마련되어 판체간의 압착에 의해 파이프라인(41)이 고정되며, 각 파트인 유닛바디(62)와 파이프라인(41), 파이프라인(41)과 커버(43) 사이에 고형화 성질의 액상 충진재로 충입되는 터빈 임펠러(40)를 구비한 것을 특징으로 하는 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈.
10. 청구항 7 또는 청구항 9에 있어서;

    터빈 임펠러(40) 내부의 공간효율을 좋게 하기 위하여, 상기 유닛바디(62)와 파이프라인(41), 파이프라인(41)과 커버(43) 사이에 고형화 성질의 액상 충진재를 대체하여 용접이나 리벳 등에 의한 고정 프레임이 마련된 것을 특징으로 하는 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈.
11. 청구항 2 또는 청구항 3 또는 청구항 5 내지 9의 어느 한 항에 있어서;

    상기 파이프라인(41)은 상부, 중부, 하부로 나누어 상부는 회전축(61)과 동일한 방향으로 연장되고, 중부는 회전축(61)의 회전방향으로 연장되며, 하부는 회전축(61)의 회전방향과 역방향으로 꺾여지는 구조를 특징으로 하는 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈.
12. 청구항 11에 있어서;

    파이프라인(43) 내부 유체를 회전시켜 회전축(61)의 회전력을 증가시키기 위해 상기 파이프라인(41) 내부에 나선형 주름벽(46)을 형성된 것을 특징으로 하는 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈.
13. 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서;

    파이프 라인 내부에 유체가 이동하면서 회전축(61)의 회전방향으로 회전력을 높일 수 있도록 유체의 이동방향으로 상향 경사지게 형성되고, 그 상대방향으로 하향 경사를 주어, 경사면을 이동한 유체가 실속에 의한 와류를 일으키는 것을 방지하는 구조를 가지도록 유체의 속도를 증가시킬 수 있도록 파이프라인(40) 내의 중부에 형성된 가속돌기(45)를 구비한 것을 특징으로 하는 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈.
14. 청구항 7에 있어서;

    상기 제1원통판체(42)를 제거하고, 회전축(61)에 마련된 유닛바디(62)의 둘레에 톱니 줄기가 비스듬히 경사져 있는 헬리컬 기어 형태를 마련하고, 그 외주연으로 감싸지게 커버(43)를 밀착시켜 형성되는 공간부(41')와; 유닛바디(62)의 헬리컬 기어 형태의 톱니줄이 나선 곡선을 이루면서 연장되어 있어, 자연스럽게 공간부(41')에 경사각이 형성하는 구조를 특징으로 하는 파이프라인을 구비한 축류형 다단 터빈.

Images